photons et trous noirs

[MoonDaka]

Hello

 

une question - a priori evidente mais... - me trotte dans la tete depuis fort longtemps...

 

je lis partout qu un trou noir retient meme la lumiere...

 

les photons ayant une masse nulle comment le trou noir pourrait il retenir des photons par sa seule force de gravitation aussi forte soit elle?

 

???

 

Moondaka

[albantor30]

Bonne question ! Pour faire simple, c'est parce qu'en Relativité Générale, il n'y a pas que la masse qui est "influencée" par la gravitation, mais également toute forme d'énergie. Les photons étant des petits paquets (des "quanta") d'énergie, ils sont donc déviés par un champ gravitationnel. C'est d'ailleurs une des premières prédictions de la théorie d'Einstein à être vérifiée : Eddington a mesuré la déviation des rayons lumineux par le Soleil lors d'une éclipse.

 

C'est également ce qui se cache en partie derrière le fameux E = mc², qui donne une correspondance entre masse et énergie : l'un peut être "transformé" en l'autre (d'où l'énergie nucléaire). Du coup, il peut sembler "normal" que l'énergie "pure" ressente également la gravitation.

 

J'espère que ça t'éclaire un peu,

 

Alban

[iksarfighter]

Une autre grille de lecture du phénomène est que la vitesse de libération près de l'horizon d'un trou noir devient supérieure à la vitesse de la lumière, de ce fait en principe rien ne peut s'en échapper.

 

Toutefois Steven Hawkings a brillamment montré qu'en fait des photons arrivaient à remonter le "puits" gravitationnel du trou noir, en utilisant des propriétés de la mécanique quantique. Donc un trou noir qui n'est plus alimenté s'évapore très très lentement...

[jarnicoton]

Au niveau des concepts, réponse plus circonstanciée dans mon blog, en cherchant l'exposé sur les trous noirs (orbites des photons autour d'un TN, zone interdite, évaporation).

Zéro maths.

Fait d'après "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars" de Shapiro et Teukolsky (livre pas vraiment zéro maths !)

Modifié 12 janvier 2012 par jarnicoton

[Smith]

Une autre explication : Le masse du trou noir déforme l'espace-temps.

Un peu comme cela (attention ce n'est qu'une image) :

 

 

 

Un photon qui passe à proximité ne fait que suivre une géosédique (plus court chemin), c'est à dire l'espace-temps qui se trouve devant lui ; dire qu'il est attiré par le TN n'est pas vraiment exact. Si sa trajectoire le fait passer par l'horizon du TN, le photon tombe alors vers la singularité en suivant la courbure de l'espace-temps imposé par la masse du TN.

 

S'il ne passe pas par l'horizon, il suit une géosédique "déviée" par rapport au chemin qui aurait été pris sans le TN. C'est ainsi que certains photons seront fortement déviés (certains retournent d'où ils viennent après avoir fait un tour complet du TN d'autres encore sont déviés à 90° etc...).

Modifié 12 janvier 2012 par Smith

[MoonDaka]

Bonne question ! Pour faire simple, c'est parce qu'en Relativité Générale, il n'y a pas que la masse qui est "influencée" par la gravitation, mais également toute forme d'énergie. Les photons étant des petits paquets (des "quanta") d'énergie, ils sont donc déviés par un champ gravitationnel. C'est d'ailleurs une des premières prédictions de la théorie d'Einstein à être vérifiée : Eddington a mesuré la déviation des rayons lumineux par le Soleil lors d'une éclipse.

 

C'est également ce qui se cache en partie derrière le fameux E = mc², qui donne une correspondance entre masse et énergie : l'un peut être "transformé" en l'autre (d'où l'énergie nucléaire). Du coup, il peut sembler "normal" que l'énergie "pure" ressente également la gravitation.

 

J'espère que ça t'éclaire un peu,

 

Alban

 

Hello Albantor

 

ok pour la correspondance masse - énergie

la gravitation influe sur l'énergie on peux le voir avec un objet massif comme un amas de galaxie qui dévie les rayons lumineux d'une galaxie située en arriere plan

le ciel s'est éclairci

 

bonnes étoiles

 

 

Moondaka

Modifié 12 janvier 2012 par MoonDaka

[MoonDaka]

Une autre grille de lecture du phénomène est que la vitesse de libération près de l'horizon d'un trou noir devient supérieure à la vitesse de la lumière, de ce fait en principe rien ne peut s'en échapper.

 

Toutefois Steven Hawkings a brillamment montré qu'en fait des photons arrivaient à remonter le "puits" gravitationnel du trou noir, en utilisant des propriétés de la mécanique quantique. Donc un trou noir qui n'est plus alimenté s'évapore très très lentement...

 

hello Iksarfighter

 

on peux observer les étoiles autour du trou noir (Sg A par exemple)

en déduire la masse et un diametre approché du trou noir

on peux donc calculer une vitesse de libération nécessaire pour s'échapper de l'attraction gravitationnelle du trou noir

mais l'attraction ne s'appliquant qu'aux objets massifs plus précisement ayant une masse non nulle il n'y a pas de raison pour qu'un photon ne puisse pas s'envoler

 

très interessant ce processus d'évaporation des trous noirs ; c'est une application du mouvement brownien aux photons?

 

si les trous noirs s'évaporent les galaxies vont finir par se disloquer...

 

bonnes étoiles

 

Moondaka

Modifié 12 janvier 2012 par MoonDaka

[MoonDaka]

Au niveau des concepts, réponse plus circonstanciée dans mon blog, en cherchant l'exposé sur les trous noirs (orbites des photons autour d'un TN, zone interdite, évaporation).

Zéro maths.

Fait d'après "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars" de Shapiro et Teukolsky (livre pas vraiment zéro maths !)

 

Hello Jarnicoton

 

jai été lire ton exposé sur les trous noirs; il est trés bien vulgarisé et le sujet est difficile

je repasserais lire la suite sur les fusées

et sinon çà ne me dérange pas si il ya des maths

 

bonnes étoiles

 

Moondaka

Modifié 12 janvier 2012 par MoonDaka

[MoonDaka]

Une autre explication : Le masse du trou noir déforme l'espace-temps.

Un peu comme cela (attention ce n'est qu'une image) :

 

 

 

Un photon qui passe à proximité ne fait que suivre une géosédique (plus court chemin), c'est à dire l'espace-temps qui se trouve devant lui ; dire qu'il est attiré par le TN n'est pas vraiment exact. Si sa trajectoire le fait passer par l'horizon du TN, le photon tombe alors vers la singularité en suivant la courbure de l'espace-temps imposé par la masse du TN.

 

S'il ne passe pas par l'horizon, il suit une géosédique "déviée" par rapport au chemin qui aurait été pris sans le TN. C'est ainsi que certains photons seront fortement déviés (certains retournent d'où ils viennent après avoir fait un tour complet du TN d'autres encore sont déviés à 90° etc...).

 

Hello Smith

 

tu parles de la géodesique de photons qui viennent de l'extérieur et tombent sur le trou noir ; je m interrogeais plus sur des photons qui s échaperaient du trou noir mais effectivement il est possible qu ils suivent les memes trajectoires

si c est le cas une partie de la matière qui tombe sur un trou noir doit etre renvoyée dans l'espace et une partie de la masse du trou noir doit pouvoir etre réemise sous forme de rayonnements ou de photons...

 

bonnes étoiles

 

Moondaka

[iksarfighter]

mais l'attraction ne s'appliquant qu'aux objets massifs plus précisement ayant une masse non nulle il n'y a pas de raison pour qu'un photon ne puisse pas s'envoler

Pourtant je crois bien que ça marche, c'est une explication équivalente.

 

très interessant ce processus d'évaporation des trous noirs ; c'est une application du mouvement brownien aux photons?

 

si les trous noirs s'évaporent les galaxies vont finir par se disloquer...

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89vaporation_des_trous_noirs

[jarnicoton]

çà ne me dérange pas si il ya des maths

Moondaka

 

Oui, mais c'est moi qui ne sais pas faire !

[jarnicoton]

 

1) on peux donc calculer une vitesse de libération nécessaire pour s'échapper de l'attraction gravitationnelle du trou noir

 

2) mais l'attraction ne s'appliquant qu'aux objets massifs plus précisement ayant une masse non nulle il n'y a pas de raison pour qu'un photon ne puisse pas s'envoler

 

3) très interessant ce processus d'évaporation des trous noirs ; c'est une application du mouvement brownien aux photons?

 

4) si les trous noirs s'évaporent les galaxies vont finir par se disloquer...

 

 

1) On peut calculer une vitesse de libération d'un TN pour un corps déjà situé hors du TN, à un distance donnée de son horizon ("surface"). Une fois touché l'horizon, non, plus d'extraction possible.

 

2) Cela s'applique aussi aux photon. Ce n'est pas une question de masse mais de géométrie de l'espace dans le volume situé à l'intérieur de l'horizon (l'intérieur du TN et sa surface, en somme) ; il n'y a pas de "passage" vers le dehors, même pour des photons.

 

3) Non...

 

4) A supposer que la masse totale des TN évaporés soit si énorme par rapport à la galaxie que la perte de cette masse cause la décohésion gravitationnelle de cette galaxie, ce qui n'est pas vraisemblable. Il faudrait d'ailleurs un temps colossal tel que toutes les autres causes possibles auront auparavant tout perturbé et disloqué pour toutes autres raisons possibles.

 

Attention : les photons constituant l'évaporation du TN ne proviennent pas du TN lui-même, dont rien ne sort, mais de la région immédiatement autour ; ils y sont créés par la combinaison de la création spontanée de particules par le vide et d'un violent gradient de pesanteur. C'est détaillé dans mon blog.

[MoonDaka]

1) On peut calculer une vitesse de libération d'un TN pour un corps déjà situé hors du TN, à un distance donnée de son horizon ("surface"). Une fois touché l'horizon, non, plus d'extraction possible.

 

2) Cela s'applique aussi aux photon. Ce n'est pas une question de masse mais de géométrie de l'espace dans le volume situé à l'intérieur de l'horizon (l'intérieur du TN et sa surface, en somme) ; il n'y a pas de "passage" vers le dehors, même pour des photons.

 

3) Non...

 

4) A supposer que la masse totale des TN évaporés soit si énorme par rapport à la galaxie que la perte de cette masse cause la décohésion gravitationnelle de cette galaxie, ce qui n'est pas vraisemblable. Il faudrait d'ailleurs un temps colossal tel que toutes les autres causes possibles auront auparavant tout perturbé et disloqué pour toutes autres raisons possibles.

 

Attention : les photons constituant l'évaporation du TN ne proviennent pas du TN lui-même, dont rien ne sort, mais de la région immédiatement autour ; ils y sont créés par la combinaison de la création spontanée de particules par le vide et d'un violent gradient de pesanteur. C'est détaillé dans mon blog.

 

Hello

 

1 - oui bien sur toujours cet horizon limite

2 - hum hum curieux quand meme que la matière puissse passer dans un sens mais pas dans l'autre; les seuls effets observables d'un trou noir sont les effets gravitationnels sur son environnement proche?

3 - je vais creuser la question

4 - c etait de l humour je sais que l'évaporation des TN est liée à leur masse; seuls les micro trous noirs s' évaporent très vite; pour les galaxies les étoiles auront le temps de bruler tout leur combustible avant évaporation

 

bonnes étoiles

 

Moondaka

[jarnicoton]

2 - hum hum curieux quand meme que la matière puissse passer dans un sens mais pas dans l'autre

 

J'attendais la remarque. Je ne sais pas manier le formalisme mathématique permettant de la réfuter. J'emploierai une autre façon de présenter la chose. L'horizon d'un TN peut être vu comme une surface à travers laquelle l'espace se précipite à la vitesse de la lumière (vue des choses pêchée sur La Recherche dans un article de T. Damour, sauf erreur ou mauvais souvenir). Dans ces conditions rien ne peut "remonter le courant". En d'autres termes : un photon sur l'horizon et qui se dirigerait vers le haut va bien à vitesse c dans le référentiel local, mais patine sur place dans le référentiel d'un observateur extérieur.

 

C'est d'ailleurs pourquoi toutes ces histoires d'astronaute qui arrivant en chute à l'horizon du TN y resterait éternellement visible avec ses gestes figés : vrai dans le référentiel lointain, faux dans le référentiel de l'astronaute qui plonge bel et bien dans le TN.